基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及三維增材制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬粉末霧化具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生產(chǎn)成本低以及適應(yīng)多種金屬及合金粉末的生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能及特種合金粉末制備技術(shù)的主要發(fā)展方向。隨著粉末冶金新工藝新材料的出現(xiàn)以及粉末原材料在表面工程、電子、化工、激光快速原型、軍事等工業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)合金粉末的要求向著微細(xì)、高純、球形化方向發(fā)展，這一驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)著粉末霧化生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展。
[0003]目前，常用的金屬顆粒采用氣體霧化方法，其基本原理是用高速氣流將液態(tài)金屬流粉碎成小液滴并凝固成粉末的過程。其核心是控制氣體對(duì)金屬液流的作用過程，使氣流的動(dòng)能最大限度的轉(zhuǎn)化為新生粉末表面能。因此這一控制部件即噴嘴成為氣體霧化的關(guān)鍵技術(shù)，噴嘴的結(jié)構(gòu)和性能決定了霧化粉末的性能和效率。國(guó)外如美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，相繼出現(xiàn)了許多新型的霧化技術(shù)，使霧化制粉技術(shù)向微細(xì)粉末方面跨進(jìn)了一大步。目前，國(guó)內(nèi)金屬粉末霧化，大多采用真空霧化制粉法，其工藝復(fù)雜，霧化過程中工藝參數(shù)控制要求嚴(yán)苛。本發(fā)明采用熱-超聲-電磁多物理場(chǎng)相互作用，利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流效應(yīng)和超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)霧化金屬粉末，簡(jiǎn)單高效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，包括:噴管、錐形腔、電磁加熱線圈、超聲模塊，所述噴管與錐形腔的下端相連，所述超聲模塊設(shè)置在噴管的中上游區(qū)域，所述電磁加熱線圈以噴管的軸線為中心包圍住所述噴管外壁的上游區(qū)域，噴管的軸心設(shè)有噴嘴通道，且所述噴嘴通道的頂端與錐形腔相連通，所述噴嘴通道的底端設(shè)有噴嘴口 ；其中，
[0006]-所述錐形腔用于放置金屬粉末和惰性氣體的混合物，并通過噴嘴通道的連接口將金屬粉末和惰性氣體的混合物送入噴嘴通道；
[0007]-所述超聲模塊用于對(duì)經(jīng)過噴嘴通道的金屬粉末進(jìn)行超聲霧化；
[0008]-所述電磁加熱線圈通電后產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)對(duì)經(jīng)過噴嘴通道的金屬粉末進(jìn)行攪拌和加熱。
[0009]優(yōu)選地，還包括頂蓋，所述頂蓋設(shè)置在錐形腔的頂端，且所述頂蓋上設(shè)置有進(jìn)料口，所述進(jìn)料口與錐形腔的內(nèi)部貫通。
[0010]優(yōu)選地，所述超聲模塊包括:超聲振蕩片、超聲換能裝置、超聲發(fā)生器，所述超聲振蕩片緊固在噴管上并貼緊噴管外壁的中上游區(qū)域，所述超聲發(fā)生器通過超聲換能裝置與超聲振蕩片相連，且所述超聲換能裝置設(shè)置在電磁加熱線圈包圍的區(qū)域以下。
[0011]優(yōu)選地，所述噴管為陶瓷材料制成。
[0012]優(yōu)選地，所述噴嘴口直徑為5?ΙΟμπι，噴嘴口產(chǎn)生的霧化金屬顆粒直徑為.?μ m。
[0013]優(yōu)選地，超聲發(fā)生器頻率為6?8MHz。
[0014]優(yōu)選地，電磁加熱線圈為直徑8?20 μm的銅絲。
[0015]優(yōu)選地，所述進(jìn)料口通入的惰性氣體為N、Ar以及He中的任一種氣體。
[0016]優(yōu)選地，所述噴嘴通道包括:半熔融區(qū)、熔融區(qū)，所述金屬粉末在重力的作用下依次通過半熔融區(qū)、熔融區(qū)后從噴嘴口噴出。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0018]1、本發(fā)明通過電磁加熱線圈產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)對(duì)金屬粉末和惰性氣體產(chǎn)生攪拌作用，形成渦流，使金屬顆粒在氣粉作用下相互碰撞，細(xì)化顆粒；通過超聲在噴嘴口產(chǎn)生的空化效應(yīng)，對(duì)熔融金屬霧化，提高能量利用效率，簡(jiǎn)單高效。
[0019]2、本發(fā)明利用電磁加熱線圈產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)對(duì)金屬顆粒細(xì)化，同時(shí)利用超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)，對(duì)金屬粉末霧化，熱-超聲-電磁多物理場(chǎng)相互作用，形成直徑更小顆粒的金屬粉末，其中金屬粉末的直徑能夠達(dá)到0.5?2 μπι。
【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0021]圖1為本發(fā)明提供的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中:
[0023]1-螺紋；
[0024]2-錐形腔；
[0025]3-電磁加熱線圈；
[0026]4-超聲振蕩片；
[0027]5-超聲換能裝置；
[0028]6-噴嘴通道；
[0029]7-噴嘴口 ；
[0030]8-進(jìn)料口 ；
[0031]9-金屬粉末；
[0032]10-半熔融區(qū)；
[0033]11-熔融區(qū)；
[0034]12-超聲發(fā)生器；
[0035]13-噴管。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]本發(fā)明的目的在于提供一種金屬熱-磁-超聲霧化噴嘴，其利用電磁加熱線圈產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)對(duì)金屬顆粒細(xì)化，同時(shí)利用超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)，對(duì)金屬粉末霧化，熱-超聲-電磁多物理場(chǎng)相互作用，形成直徑更小顆粒的金屬粉末。
[0038]具體地，如圖1所示，本發(fā)明中的噴嘴包括錐形腔2、電磁加熱線圈3和超聲振蕩片4、超聲換能裝置5、超聲發(fā)生器12和噴管13 ;其中，噴嘴頂部中央開有進(jìn)料口 8，進(jìn)料口8通入金屬粉末9和惰性氣體的混合物；噴嘴頂部為螺紋1，螺紋1為細(xì)牙錐螺紋，用于噴嘴的固定；錐形腔2位于進(jìn)料口 8下方，錐形腔2內(nèi)部為金屬粉末9 ;噴管13與錐形腔2相連，噴管13上部設(shè)置有電磁加熱線圈3，電磁加熱線圈3為直徑8?20 μπι銅絲，用于為進(jìn)入噴管13的金屬粉末9加熱；超聲發(fā)生器12與超聲換能裝置5連接，超聲發(fā)生器12頻率為6?8MHz，超聲換能裝置5安裝在噴管13下部，超聲振蕩片4緊貼噴管13固定，超聲振蕩片4與超聲換能裝置相連；噴管13中央為噴嘴通道6，噴嘴通道6的金屬粉末9經(jīng)電磁加熱線圈3感應(yīng)加熱后形成半熔融區(qū)10和熔融區(qū)11 ;噴管13底部為噴嘴口 7，噴嘴口 7直徑為5?10 μm，噴嘴口 7產(chǎn)生的霧化金屬顆粒直徑為0.5?3 μπι。
[0039]本發(fā)明的工作過程為:由進(jìn)料口 8送入直徑為50?200 μ m的金屬粉末9和惰性氣體的混合物，金屬粉末9和惰性氣體的混合物進(jìn)入錐形腔2，在電磁加熱線圈3的交變電磁場(chǎng)作用下，形成渦流，金屬粉末9在氣粉作用下，通過相互碰撞，產(chǎn)生細(xì)化效果。金屬粉末9和惰性氣體混合物在重力的作用下繼續(xù)下落進(jìn)入噴嘴通道6，在電磁加熱線圈3的作用下加熱熔化，在噴嘴通道6內(nèi)部形成半熔融區(qū)10和熔融區(qū)11 ;熔融的金屬在超聲作用下在噴嘴口 7附近產(chǎn)生空化效應(yīng)，被霧化成直徑為0.5?3 μπι的金屬顆粒。
[0040]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，包括:噴管(13)、錐形腔(2)、電磁加熱線圈(3)、超聲模塊，所述噴管(13)與錐形腔(2)的下端相連，所述超聲模塊設(shè)置在噴管(13)的中上游區(qū)域，所述電磁加熱線圈(3)以噴管(13)的軸線為中心包圍住所述噴管(13)外壁的上游區(qū)域，噴管(13)的軸心設(shè)有噴嘴通道￠)，且所述噴嘴通道(6)的頂端與錐形腔(2)相連通，所述噴嘴通道￠)的底端設(shè)有噴嘴口(7);其中， -所述錐形腔(2)用于放置金屬粉末(9)和惰性氣體的混合物，并通過噴嘴通道(6)的連接口將金屬粉末(9)和惰性氣體的混合物送入噴嘴通道(6); -所述超聲模塊用于對(duì)經(jīng)過噴嘴通道(6)的金屬粉末(9)進(jìn)行超聲霧化； -所述電磁加熱線圈(3)通電后產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)對(duì)經(jīng)過噴嘴通道(6)的金屬粉末(9)進(jìn)行攪拌和加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，還包括頂蓋，所述頂蓋設(shè)置在錐形腔(2)的頂端，且所述頂蓋上設(shè)置有進(jìn)料口(8)，所述進(jìn)料口(8)與錐形腔(2)的內(nèi)部貫通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述超聲模塊包括:超聲振蕩片(4)、超聲換能裝置(5)、超聲發(fā)生器(12)，所述超聲振蕩片(4)緊固在噴管(13)上并貼緊噴管(13)外壁的中上游區(qū)域，所述超聲發(fā)生器(12)通過超聲換能裝置(5)與超聲振蕩片⑷相連，且所述超聲換能裝置(5)設(shè)置在電磁加熱線圈(3)包圍的區(qū)域以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述噴管(13)為陶瓷材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述噴嘴口(7)直徑為5?10 μm，噴嘴口(7)產(chǎn)生的霧化金屬顆粒直徑為0.5?3 μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，超聲發(fā)生器(12)頻率為6?8MHz。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，電磁加熱線圈⑶為直徑8?20 μπι的銅絲。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述進(jìn)料口⑶通入的惰性氣體為N2、Ar以及He中的任一種氣體。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，其特征在于，所述噴嘴通道(6)包括:半熔融區(qū)(10)、熔融區(qū)(11)，所述金屬粉末(9)在重力的作用下依次通過半熔融區(qū)(10)、熔融區(qū)(11)后從噴嘴口(7)噴出。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于熱-磁-超聲效應(yīng)的金屬霧化噴嘴，包括：噴管、錐形腔、電磁加熱線圈、超聲模塊，所述噴管與錐形腔的下端相連，所述超聲模塊設(shè)置在噴管的中上游區(qū)域，所述電磁加熱線圈以噴管的軸線為中心包圍住所述噴管外壁的上游區(qū)域，噴管的軸心設(shè)有噴嘴通道，且所述噴嘴通道的頂端與錐形腔相連通，所述噴嘴通道的底端設(shè)有噴嘴口。本發(fā)明通過電磁加熱線圈產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)對(duì)金屬粉末和惰性氣體產(chǎn)生攪拌作用，形成渦流，使金屬顆粒在氣粉作用下相互碰撞，細(xì)化顆粒；通過超聲在噴嘴口產(chǎn)生的空化效應(yīng)，對(duì)熔融金屬霧化，利用熱-超聲-電磁多物理場(chǎng)相互作用，形成直徑更小顆粒的金屬粉末，提高能量利用效率，簡(jiǎn)單高效。
【IPC分類】B22F9/08
【公開號(hào)】CN105252010
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510708291
【發(fā)明人】趙海洋, 李中權(quán), 金誠(chéng), 姜勇, 成群林, 袁勇, 梁星慧, 姚斐
【申請(qǐng)人】上海航天精密機(jī)械研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日